近日,俄羅斯國家原子能公司(Rosatom)位于克拉斯諾亞爾斯克地區(Krasnoyarsk)熱列茲諾戈爾斯克(Zheleznogorsk)的采礦和化學聯合企業(MCC)已制造出首批3個鈾钚混合氧化物(MOX)燃料組件,其中還含有包括镅-241和镎-237在內的其他超鈾元素。這3個組件已完成驗收測試,將于2024年裝入別洛雅爾斯基(Beloyarsk)核電廠4號機組(BN-800)。屆時將在3次為期約一年半的微型試運行期間進行試運行(先導測試組件項目)。
在反應堆堆芯運行過程中,因核燃料輻照而形成次錒系元素。與钚一樣,這些元素并不存在于自然界中,而只是從鈾的嬗變中產生。镎、镅和鋦同位素在乏燃料后處理和放射性廢物管理方面具有重要意義。它們具有很高的放射性和毒性,能產生大量的熱量,且半衰期很長,是核廢料中最危險的成分。
俄羅斯的解決方案是快堆,該反應堆不僅可以使用天然濃縮鈾,還可以使用核燃料循環的二次產品,如貧化鈾和钚作為燃料。此外,研究還表明,在快中子通量作用下,乏燃料中次錒系元素會裂變成代表相當廣泛的放射性和穩定同位素的碎片,這些碎片的潛在危害比原始次錒系元素要小得多。反應堆中次錒系元素的嬗變過程稱為“后燃”。
TVEL燃料公司研發高級副總裁Alexander Ugryumov表示,Rosatom正在逐步利用快堆為俄羅斯核工業創造獨特的優勢。MOX燃料的引入使得通過使用貧化鈾和钚來成倍擴大核能的資源基礎成為可能,同時還可以對乏燃料進行再處理,而不是儲存。次錒系元素的后燃是閉式燃料循環的下一步。這不僅可以減少最終隔離的核廢料數量,還可以顯著降低其放射性。從長遠來看,這將使避免復雜和昂貴的廢物深埋成為可能。
次錒系元素燃料組件的制造及其在BN-800中的試運行是TVEL次錒系元素后燃綜合研究計劃的關鍵階段。該計劃于2021年啟動,計劃持續到2035年。該計劃包括將次錒系元素分離成不同餾分、中間儲存、納入快堆燃料、此類燃料的運行、輻照后研究等項目。另一個重要問題是優化反應堆設施,以燃燒最大數量的次錒系元素。